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第9章 时空巨人—爱因斯坦

对于我来说,生命的意义在于设身处地替人着想,忧他人之忧,乐他人之乐。

为寻求真理的努力所付出的代价,总是比不担风险地占有它要高贵得多。

好奇心比知识更重要。

在真理和认识方面,任何以权威自居的人,必将在上帝的嬉笑中垮台。1879年3月14日,爱因斯坦出生于德国南部的乌尔姆城。他的父亲是个波折多舛的小业主。为此,童年的爱因斯坦随父业兴衰而频繁迁徙于慕尼黑、米兰、苏黎世之间,过着动荡的生活。他的母亲是个有着较高音乐天赋的善良女人。爱因斯坦从6岁起随母亲拉小提琴,14岁时已能登台演出。动荡的生活开阔了他的眼界,音乐熏陶养成了他追求和谐完美的思维习性。除了父母之外,童年时期对爱因斯坦影响较大的是他的叔父雅格布。雅格布经常以通俗易懂、深入浅出的语言为他讲解繁难的数学道理。这使爱因斯坦从小产生了对数学的强烈爱好和追求科学真理的热情。

小时候爱因斯坦曾被父亲送给他的一个玩具磁罗盘迷住,罗盘中磁针的奇妙定位运动令他惊叹不已。他相信磁针背后一定隐藏着深奥的秘密,他决心探究这个秘密。在叔父指导下,爱因斯坦13岁开始自学初等几何,15岁就能读懂解析几何和微积分。从小打下了数学知识基础并由此练就的精巧思维能力,使他受益终身。16岁那年,他产生了一个貌似天真实则深刻之极的追光设想。他想,我们能看到的周围事物是由于我们的眼睛接收了来自事物的光线。如果我们跟着光线跑,那么事物该是什么样子?世界该是什么样子?时间是否停止了呢?这是他科研天赋的崭露,也是他后来所创立的相对论思想的最初萌芽。

1900年秋,爱因斯坦以优异的成绩毕业于瑞士联邦高等工业学校,由于他是个没有瑞士国籍的犹太人,求职成了最大的难题。正规单位都不肯收留他。最后他在一个同学父亲的帮助下,进入伯尔尼专利局做三等技术员。这个较稳定职业的微薄收入,一方面为爱因斯坦支撑了生活消费;另一方面也为爱因斯坦提供了学习、研究的平和心绪。由于在大学里打下的实验技术方面的扎实基础,使得爱因斯坦对专利局技术检验工作游刃有余。他每天只用3~4个小时即可完成规定8小时做完的工作。对此,专利局局长曾评价说,爱因斯坦是专利局有史以来最能胜任、最受尊敬的专家。对于剩余时间,爱因斯坦便都用做自己的研究了。但当时专利局规定,工作时间不许做与工作无关的事情。于是,爱因斯坦便只好用极小的纸片偷偷做数学演算,听到来人的脚步声,便随手把纸片扔到纸篓里。就这样,1905年,他发表了阐述狭义相对论观点的、一鸣惊人的论文《论动体的电动力学》,这是他一生中最重要的成果之一。

同年,爱因斯坦还发表了题为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文。第一次揭示了光的波粒二象性。这个思想成为后来德布罗意物质波理论及他自己于1916年建立的广义相对论中的一个重要观点——引力场使光线弯曲的一个思想来源。这也就是前面所提到的他一生中惟一一项获得诺贝尔奖的成就。而1916年他发表的《广义相对论基础》是他一生科学成就的顶点。

在古典物理学体系中,时间、空间、质量在各参照系之间都是绝对不变的。1米长就是1米长,在地面上、太阳上、飞船上都是如此;时间亦然,1分钟、1小时,对任何参照系都一视同仁。空间是固定不动的,时间是均匀流逝的,质量是物体固有的,与运动与否无关。这种思想,因其与日常经验相符,千百年来一直被当作不证自明的真理。然而,科学发展到19世纪末,面对日臻完善的经典力学体系,科学家们在这一体系得以建立的最后基础——绝对空间不动的标志。

1897年,迈克耳逊—莫雷实验,企图以精密光学仪器测量地球相对于以太运动时在地球表面形成的“以太风”,却宣告了“零结果”。物理学家们在哀叹“物理学的灭顶之灾”的同时纷纷忙于穿凿这个“零结果”可以说得过去的理由,又纷纷以失败而告终。这时,爱因斯坦反其道而行之,勇敢地面对“零结果”这一现实,做出以太根本不存在的坚定判断。在此基础上,以狭义相对性原理和光速不变原理为前提提出狭义相对论。据此,时间、空间、质量和运动都只具有相对的性质。一物体的度规长短、历时久暂、质量大小、运动快慢,都只能相对于与之有关的它物而言。三维空间和一维时间之间可以相互转换,消耗时间可以缩短里程,牺牲空间可以赢得时间。在地球上看长为1米的东西,从加速飞行的宇宙飞船上看就不是1米,在高速前行的宇宙飞船中过1年,地球上可能已过了几十年,著名的双生子佯谬说的就是这个道理。物体运动速度越快,质量就越大,这就是所谓的钟慢、尺缩、质增。

十年之后,爱因斯坦在狭义相对论基础上又提出了以广义相对性原理和等效性原理为前提的广义相对论。由此,空间、时间与运动的变化及质量有关。引力是大质量所造成的空间弯曲,物体在引力场中的运动不是引力的作用而是物质趋向于走最小阻力的途径。

诸如此类的成果,每项都具有开拓性的以至于划时代的意义。这无疑是爱因斯坦本人智慧超群、不倦追求的结果,但也与科学大环境有极大的关系。面对科研局势的错综复杂,爱因斯坦曾感叹“幸福啊牛顿,幸运啊,科学的童年”。现在看来,爱因斯坦也是幸运的。世纪之交是科学处于大危机、大革命、大振兴的时代,是需要巨人、产生巨人的时代,这里具有科学天才和思想巨匠成长所需要的丰厚土壤。时势造英雄——爱因斯坦是时代的骄子。

精彩点评:

阿尔伯特·爱因斯坦,20世纪最伟大的科学家,他以杰出的科学贡献,严谨的治学精神,超常的智慧,豁达的胸怀及高尚的人格在科学史和整个人类历史上占据了常人所不可企及的地位并从而得到世人的敬仰和爱戴。

爱因斯坦何以取得如此巨大的成就?正如他总结的那个著名公式所言——A=x+y+z。爱因斯坦一生勤奋,孜孜不倦地在科学世界中忘我耕耘,如痴如醉。爱因斯坦的许多理论都具有开拓性,尤其是他创立的相对论具有划时代的意义,这既反映了他不迷信权威,不拘常规,具有怀疑和创新精神,同时也归功于他的哲学批判精神和正确的研究方法。作为一位自然科学家,爱因斯坦具有丰富的哲学和人文知识,在他的思维和学术研究中,闪烁着人文精神的光芒。爱因斯坦的治学作风也堪为楷模,他严谨求是、虚怀若谷、弃绝名利、反对浮躁,反对说假话、空话。这一切正是他成功公式的真实写照。

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